Tiếp cận giáo dục STEM theo phương pháp sư phạm

Giáo dục STEM phải hướng tới rèn luyện năng lực STEM cho người học. Mà năng lực STEM được hiểu là “Năng lực phát triển trong bối cảnh của thế kỷ 21”. Điều đó có nghĩa, khi tiếp cận giáo dục STEM theo phương pháp sư phạm là cần phải rèn luyện năng lực cho người học để họ có khả năng vận dụng kiến thức, kỹ năng, thái độ (và cả giá trị) dưới dạng tích hợp của các môn học hay lĩnh vực STEM vào giải quyết vấn đề cụ thể trong những tình huống thực.

Ở nhiều nước, khi xây dựng chương trình nhà trường, ngoài tiếp cận theo “Nguyên tắc cụ thể” hay tiếp cận qua “Phương pháp tích hợp”, người ta cũng thường vận dụng tiếp cận giáo dục STEM theo ba “Phương pháp sư phạm” dưới đây:

Dạy học dựa trên giải quyết vấn đề (Problem-Based Teaching)

Đây là phương pháp dạy học tốt nhất, bao trùm nhất để phát triển năng lực của người học, đặc biệt là rèn luyện năng lực STEM cho học sinh.

“Dạy học dựa trên giải quyết vấn đề” (GQVĐ) là một phương pháp dạy học nhằm thông qua việc tổ chức cho học sinh hoạt động để phát triển tư duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề của học sinh. Học sinh được đặt trong tình huống có vấn đề, thông qua giải quyết vấn đề đó giúp học sinh lĩnh hội tri thức, kỹ năng và phương pháp nhận thức. Như vậy, dạy học GQVĐ đề nhằm đạt mục tiêu cơ bản là năng lực giải quyết vấn đề, năng lực giải bài toán nhu cầu thực tế STEM một cách có hiệu quả của học sinh trong tương lai.

Dạy học GQVĐ dựa trên cơ sở của Lý thuyết học tập, mà ở đó khẳng định “Tư duy chỉ bắt đầu khi xuất hiện tình huống có vấn đề”. Tức là, tình huống có vấn đề xuất hiện khi một cá nhân đứng trước một mục đích muốn đạt tới hoặc nhận được một nhiệm vụ cần phải thực hiện, nhưng chưa biết cách giải quyết như thế nào hoặc chưa đủ phương tiện để giải quyết.

Mô hình cấu trúc của phương pháp dạy học GQVĐ, gồm 3 bước cơ bản (quy trình) sau:

Bước 1: Trạng thái xuất phát. Đứng trước một tình huống đặt ra hoặc phải giải quyết một vấn đề nào đó của nhiệm vụ học tập, cần phân tích tình huống, nhận biết vấn đề, trình bày vấn đề thật rõ ràng và tường minh. Vì vậy trong bước này, quan trọng là nhận biết được vấn đề một cách chính xác và đúng đắn.

Bước 2: Gặp tình huống cản trở. Nhiệm vụ của bước này là tìm các phương án giải quyết khác nhau, bằng cách huy động kiến thức và kinh nghiệm của bản thân, so sánh đối chiếu vấn đề đã nhận biết và các phương án cũ đã từng giải quyết. Nếu khó khăn, không tìm được phương án giải quyết, cần quay về bước 1 để kiểm tra, tìm nguyên nhân, có thể nhận biết vấn đề không đúng.

Các phương án giải quyết đã tìm được, cần sắp xếp, có kế hoạch, tiến hành hệ thống hóa và để chuẩn bị chuyển sang bước 3.

Bước 3: Trạng thái đích. Nhiệm vụ của bước này chính là nhằm giải quyết vấn đề. Vì vậy các phương án của bước 2 đã lựa chọn cần được thực hiện cho bước 3. Nếu có nhiều phương án cùng giải quyết được vấn đề thì so sánh để tìm phương án tối ưu nhất. Trong trường hợp các phương án từ bước 2 đưa ra, nhưng bước 3 không thể giải quyết được vấn đề thì phải quay lại phương án 2 để tìm kiếm phương án giải quyêt mới.

Dưới đây là sơ đồ cấu trúc phương pháp dạy học theo cách GQVĐ:

Khi đã quyết định phương án thích hợp và giải quyết được vấn đề, nghĩa là đã kết thúc việc giải quyết vấn đề.

Người ta đã chia các mức độ của nhóm học sinh (HS) và giáo viên (GV) cùng tham gia phát hiện và giải quyết vấn đề của thực tiễn đặt ra. Thông thường có 4 mức độ từ dễ đến khó, từ GV tự giải quyết mẫu vấn đề, tới mức cao nhất là các nhóm học sinh cùng nhau giải quyết trọn vẹn vấn đề đặt ra. Cần lưu ý rằng: hoạt động đánh giá và kết luận luôn luôn có vai trò của GV cùng tham gia trong cả 4 mức độ.

Trong dạy học GQVĐ, mức độ tự lực của học sinh khác nhau, tùy vào khả năng thực sự của từng em hay từng nhóm các em. Giáo viên có thể hướng dẫn từng bước hoặc từng nội dung trong mỗi bước giải quyết vấn đề. Mức độ cao nhất là nhóm học sinh tự lực giải quyết đầy đủ các bước của giải quyết vấn đề. Trọng tâm của học theo nhóm là quá trình hợp tác, giao tiếp xã hội và quá trình cùng tham gia quyết định trong nhóm. Do đó, khi dạy và thực hành theo phương pháp GQVĐ giáo viên cần tận dụng ưu điểm này để học sinh trong nhóm cùng thảo luận nội dung từng bước trong dạy học GQVĐ.

Dạy học theo cách GQVĐ giúp học sinh biết cách chủ động chiếm lĩnh kiến thức và đánh giá được kết quả học của bản thân và bạn khác. Thông qua đó các năng lực cơ bản đã được hình thành trong đó có năng lực vận dụng tri thức để giải quyết vấn đề thực tiễn một cách linh hoạt và sáng tạo.

Dạy học dựa trên dự án (Project-Based Teaching)

Phương pháp “Dạy học dựa trên dự án” (Project-Based Teaching), là phương pháp dạy học, cho phép người học liên kết với nhau, tạo thành một nhóm để cùng thiết kế, giải quyết vấn đề, ra quyết định và tổ chức các hoạt động điều tra, liên quan tới các vấn đề thực tế (theo Markham-2011).

Theo Bộ giáo dục Singapore Dạy học theo dự án (DA) là tổ chức cho học sinh hoạt động với nét đặc trưng là tổng hợp kiến thức từ nhiều lĩnh vực, trong đó có lĩnh vực của STEM và áp dụng sáng tạo vào cuộc sống. Đây là cách dạy học mang đặc điểm rất gần gũi và điển hình nhất về bản chất của khái niệm giáo dục STEM. Trường học dạy theo DA, khi ấy sẽ trở thành trường học của cuộc sống thực. Gắn kiến thức nhà trường với những vấn đề thực tiễn của thế giới thực và với nhu cầu phát triển kinh tế của mỗi quốc gia.

Những ưu điểm nổi bật của dạy học dựa trên DA, có thể là:

Gắn lý thuyết với thực tiễn; Kích thích động cơ, hứng thú của người học; Phát huy tính tự lực, tính trách nhiệm và sáng tạo; Phát triển năng lực giải quyết vấn đề phức hợp, mang tính tích hợp; Phát triển năng lực cộng tác làm việc và kỹ năng giao tiếp; Rèn luyện tính bền bỉ kiên nhẫn; Phát triển năng lực tự đánh giá và đánh giá. Hình thức tổ chức dạy học được ưa chuộng và tốt nhất cho dạy và học trên cơ sở DA là học theo cặp, theo nhóm.

Quy trình dạy học DA, thông thường bao gồm 3 bước chính:

• Bước 1: Lập kế hoạch, gồm: lựa chọn chủ đề; xây dựng các tiểu chủ đề; lập kế hoạch các nhiệm vụ học tập. Trong bước này cần xác định được mục tiêu hướng tới. Xác định những nhiệm vụ cần làm. Dự kiến đầu ra về sản phẩm. Cách triển khai hoàn thành dự án. Thời gian thực hiện và hoàn thành. Cần sử dụng sơ đồ tư duy để xác định, lựa chọn ý tưởng cũng như những vấn đề cần giải quyết xung quanh dự án.
• Bước 2: Thực hiện dự án, gồm: Thu thập thông tin; xử lý thông tin; tổng hợp thông tin. Trong bước này cần tiến hành phỏng vấn trực tiếp các đối tượng đã xác định. Thu thập thông tin từ sách báo, tranh ảnh, internet, hoặc làm thực nghiệm. Các phương tiện cần sử dụng như: phiếu phỏng vấn, ghi âm, máy ảnh, camera,… Khi xử lý số liệu có thể dùng biểu đồ để giải thích các dữ liệu. Các thành viên trong nhóm cần tăng cường giao lưu, hợp tác và sẵn sàng xin ý kiến từ các chuyên và giáo viên trong quá trình tìm kiếm và xử lý thông tin.
• Bước 3: Tổng hợp báo cáo kết quả, gồm: xây dựng sản phẩm; báo cáo trình bày sản phẩm; đánh giá. Các nhóm phân công các thành viên tham gia báo cáo dưới các dạng như: bài thuyết trình, biểu diễn, trưng bày sản phẩm, powerpoit,… Các nhóm tự đánh giá, các nhóm đánh giá lẫn nhau, chuyên gia hay giáo viên tham gia đánh giá. Trong quá trình thực hiện dự án, giáo viên rèn luyện cho học sinh các kỹ năng giao tiếp, hợp tác, lập phiếu phỏng vấn, thống kê, làm thí nghiệm, tổng hợp và trình bày báo cáo,…

Dạy học dựa trên phương pháp “Bàn tay nặn bột” (Hands on- Based Teaching)

Phương pháp “Bàn tay nặn bột”, Tiếng Pháp La main à la pâte viết tắt LAMAP, Tiếng Anh là Hands-on là phương pháp dạy khoa học dựa trên cơ sở của sự tìm tòi, nghiên cứu, áp dụng cho việc dạy học các môn khoa học tự nhiên. Qua dạy theo phương pháp “Bàn tay nặn bột” học sinh tìm ra câu trả lời cho các vấn đề được đặt ra trong cuộc sống thông qua tiến hành thí nghiệm, quan sát, nghiên cứu tài liệu hay điều tra để từ đó hình thành kiến thức và phương pháp làm việc khoa học cho mình.

Phương pháp “Bàn tay nặn bột”, do Giáo sư người Pháp Georges Charpak (Giải Nobel Vật Lý 1992), khởi xướng vào năm 1995, có cơ sở là thuyết phát triển nhận thức của Jean Piaget (1896-1980) và Lev Vygotsky (1896-1934). Việc học tập của học sinh có bản chất hoạt động, thông qua hoạt động của bản thân mà chiếm lĩnh kiến thức, hình thành và phát triển năng lực trí tuệ cũng như quan điểm đạo đức, thái độ. Quá trình dạy học các tri thức thuộc một môn khoa học cụ thể được hiểu là quá trình hoạt động dạy của giáo viên và hoạt động học của học sinh trong sự tương tác thống nhất biện chứng của cả ba thành phần dạy học bao gồm: Giáo viên, học sinh và tri thức (tri thức nằm trong tư liệu hoạt động dạy học).

Phương pháp “Bàn tay nặn bột” hướng tới rèn luyện nên tính tò mò, ham muốn phám phá và say mê khoa học của học sinh. Đây thực chất là quá trình học tập theo quan niệm mới. Đồng thời giúp học sinh rèn luyện kỹ năng diễn đạt thông qua ngôn ngữ nói và viết của các em.

Tiến trình dạy học theo Phương pháp “Bàn tay nặn bột”, thông qua 5 bước hoạt động:

• Bước 1: Tình huống xuất phát và câu hỏi nêu vấn đề;
• Bước 2: Bộc lộ quan niệm ban đầu của học sinh;
• Bước 3: Đề xuất câu hỏi hay giả thuyết và thiết kế phương án thực nghiệm;
• Bước 4: Tiến hành thực nghiệm tìm tòi, nghiên cứu;
• Bước 5: Kết luận và hợp thức hóa kiến thức.

Các bước trên thực chất là phương pháp chung về cách dạy học các môn khoa học ở trường phổ thông. Đối với việc dạy để xây dựng một kiến thức cụ thể thì tiến trình hoạt động giải quyết vấn đề được mô tả theo quy trình như:

Đề xuất vấn đề. Từ cái đã biết và nhiệm vụ cần giải quyết nảy sinh nhu cầu về một cái còn chưa biết, về một cách giải quyết không có sẵn, nhưng hy vọng có thể tìm tòi, xây dựng được. Diễn đạt nhu cầu đó thành câu hỏi;

Suy đoán giải pháp. Để giải quyết vấn đề đặt ra, suy đoán điểm xuất phát cho phép đi tìm lời giải. Chọn một số đề xuất mô hình có thể vận hành có thể thực hiện được để đi tới cái cần tìm. Hoặc phỏng đoán các biến cố thực nghiệm có thể xảy ra mà nhờ đó có thể khảo sát thực nghiệm để xây dựng cái cần tìm;

Khảo sát lý thuyết hoặc thực nghiệm. Vận dụng mô hình rút ra kết luận logic về cái cần tìm hoặc thiết kế phương án thực nghiệm, tiến hành thực nghiệm, thu lượm các dữ liệu cần thiết và xem xét, rút ra kết luận cần tìm;

Kiểm tra, vận dụng kết quả. Xem xét khả năng chấp nhận được của các kết quả tìm được, trên cơ sở vận dụng chúng để giải thích hay tiên đoán các sự kiện và xem xét sự phù hợp của các lý thuyết và thực nghiệm hay chưa. Xem xét sự cách biệt có được nhờ suy diễn lý thuyết với kết luận, có được từ các dữ liệu thực nghiệm để quy nạp chấp nhận kết quả tìm được khi có sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm, hoặc để xét lại, bổ sung, sửa đổi với thực nghiệm hoặc đối với sự xây dựng và vận hành mô hình xuất phát khi chưa có sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm, nhằm tiếp tục xây dựng cái cần tìm.

Như vậy, phương pháp dạy học dựa trên cơ sở của “Bàn tay nặn bột” cũng là phương pháp dạy học tích cực, theo hướng giáo dục STEM, đều nhằm tổ chức cho học sinh hoạt động tích cực, tự lực giải quyết vấn đề. Đặc biệt, khi dạy, giáo viên phải yêu cầu học sinh có quyển vở thực hành do chính các em ghi chép theo cách thức và ngôn ngữ của chính các em.

Từ ba phương pháp sư phạm trong việc tiếp cận giáo dục STEM được mô tả nêu trên, chúng ta có thể rút ra:

Giáo dục STEM theo phương pháp sư phạm là phát triển năng lực cá nhân và khả năng hợp tác, kết nối cộng đồng, là chìa khóa mở ra sự thành công và hướng tới rèn luyện phẩm chất công dân toàn cầu. Khi giải quyết một vấn đề trong cuộc sống, nhất thiết phải có kiến thức tổng hợp (tích hợp) của nhiều lĩnh vực khác nhau. Vì vậy, khi dạy học theo phương pháp sư phạm tiếp cận STEM cần hết sức coi trọng đặc điểm này. Ngoài ra, dạy học thông qua con đường trải nghiệm sáng tạo mới cho ta kiến thức có giá trị và thể hiện tính riêng biệt và độc đáo của người học. Khi tăng cường kỹ năng làm việc nhóm sẽ nâng cao chất lượng học tập và hiệu quả làm việc. Trong học tập cũng như trong công việc phải chấp nhận thất bại, đó là bài học thấm thía để hướng tới sự sáng tạo và thành công. Đây cũng có thể coi là triết lý dạy học đổi mới.

Đôi lời kết luận

Bộ Giáo dục và Đào tạo đã có công văn 3089/BGDĐT-GDTrH hướng dẫn các địa phương tổ chức giáo dục STEM cho học sinh tại các trường phổ thông. Đây là văn bản chỉ đạo chuyên môn chung cho cả nước, do đó cần vận dụng cách tiếp cận giáo dục STEM theo phương pháp sư phạm ở các nước vào tình hình cụ thể của Việt Nam để đạt hiệu quả cao nhất. Chúng ta cần lưu ý 3 điểm sau:

1. Trong sách giáo khoa các môn học khoa học có nhiều bài thực hành, thí nghiệm khoa học. Tuy nhiên, các bài này chủ yếu vẫn là kiểm định lý thuyết vừa học, phần nào rèn luyện kỹ năng thực hành. Do đó, giáo viên cần chuyển các bài thực hành theo cấu trúc, quy trình như ba phương pháp sư phạm khi tiếp cận giáo dục STEM nêu trên. Đây là sự dịch chuyển nội dung chương trình giáo dục nhà trường hiện hành sang tiếp cận giáo dục STEM.

2. “Bài học STEM” là nội dung chủ yếu được quy định theo tinh thần chỉ đạo của Bộ Giáo dục và Đào tạo về giáo dục STEM . Chính vì vậy khi triển khai các nội dung như:

• 5 hoạt động chính, thể hiện rõ 8 bước của quy trình kỹ thuật;
• Các phương pháp dạy học các bài học STEM;
• 4 bước trong quy trình xây dựng bài học STEM;
• 5 hoạt động chính về tổ chức dạy học trong các bài học STEM;

Giáo viên cần lồng ghép, vận dụng một cách sáng tạo ba phương pháp sư phạm khi tiếp cận giáo dục STEM đã cập ở trên, được hiểu như cơ sở lý luận gốc khi giáo dục STEM trong các nhà trường.

3. Tiếp cận giáo dục STEM theo phương pháp sư phạm phải đảm bảo học sinh nắm vững kiến thức tổng hợp các môn học STEM và vận dụng vào giải quyết các nhu cầu đòi hỏi từ thực tế ở mỗi quốc gia. Cách giải quyết này phải có tính khoa học, tức là sử dụng kiến thức, vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn chứ không phải sản phẩm học sinh làm ra chỉ là kinh nghiệm bản thân, kiểu như những người thợ thủ công truyền nghề theo cách truyền thống.

Tham khảo

1. Bài “Năng lực STEM cho thế kỷ XXI”, Đặng Tự Ân, Tạp chí Tự động hóa ngày nay, tháng 11+12/2020;
2. Dạy và Học tích cực, Bộ GD và ĐT-Dự án Việt Bỉ, NXB Đại học Sư phạm, tháng 10/2010;
3. Phương pháp “Bàn tay nặn bột” trong dạy học các môn khoa học, Dự án GD THCS vùng khó khăn nhất, năm 2012.

Đặng Tự Ân – Giám đốc Quỹ VIGEF